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    魏  華（1973-）
男，湖北荊州人，1997年畢業于北京石油化工學院自動化系，現在中海石油建滔化工有限公司生產部工作，高級工程師，（中海石油建滔化工有限公司，  海南    東方    572600）。中海石油化學股份有限公司60萬噸年甲醇項目是目前全國規模最大的甲醇項目，該項目于2006年投產成功，該項目運行平穩，控制系統采用的是基金會現場總線控制系統，該文總結了現場總線對加強設備維護和設備管理的優勢，相信對石化行業具有一定的參考價值。

    在目前的生產企業預算中，維護成本占工廠總成本的大塊比重，傳統的維護成本（包括人工成本和材料成本）逐年增加，據統計，美國在2000年的設備維護費用達到12000億美元，通過數據分析表明，這些費用的1/3到1/2是由于采用無效的維護管理方法而浪費。這些無效費用支出的主要原因是對何時需要何種維護的判斷不明確，缺乏對工廠里所有設備，尤其是需要維護或修理的設備的進行量化的實際數據大多數是根據設備的故障或維護人員的直覺判斷的。而微處理器以及計算機的出現特別是現場總線的問世使得維護的優化成為可能，現場總線以其強大的功能以及先進的控制理念不僅使自動化控制技術以及儀表的設備維護理念得到了極大的提高，特別是設備維護由以前的反應式維護和預防性維護提升到了前瞻性維護，減少了不必要的人力資源和材料成本的損失，極大的提高了企業的競爭力。

    現場總線以其強大的功能以及先進的控制原理，更為便捷的人機交互界面不僅給自動化控制領域翻開了新的一頁，并在儀表設備維護方面帶來全新的理念，使得設備維護由以前被動的反應式維護、高成本的預防性維護提升到了前瞻性維護，減少了不必要的人力資源和材料成本的損失，極大的提高了企業的競爭力。

1   設備維護的幾種模式

    1.1   反應式維護

    反應式維護方案意味著設備僅在損壞后才被維修，或者更準確的說是被發現已經損壞后在維修。這種維護方式非常危險，根據設備的具體使用情況，當設備不正常時，工廠可能處于不安全狀態，同樣根據設備的使用具體情況，一臺損壞的設備會引起裝置的停車或使產品的質量降到允許的控制水平以下，如果過程出現問題，還要花費許多時間去清理故障現場。因此反應式遠非首選的維護方案。

    1.2   預防性維護

    預防性維護方案不管是否需要，都在選定的時間對設備進行維護，因為這種方法在大多數情況下可以避免突發性的停車，提高了安全性和有效性。但這種方案的成本很高，因為把大量的資源，如時間、人力資源和備件浪費在許多實際上并不需要檢修和維護的設備上，預防性維修是中斷型的，即在進行維護時，生產不能正常進行，大多數工廠目前采用這種方式進行維護。

    1.3   預測性維護

    預測性維護是不管設備是否需要都按照周期性進行維護的方案，維護的時間間隔是每類設備進行長時間觀察的基礎上用故障率和偏差統計數據進行優化計算得出的，這雖然會浪費一些資源，但因為不必要的維護已大大減少，所以浪費也大大減少。

    1.4   前瞻性維護

    前瞻性維護方案是把維護的目標指向實際需要維護的儀表，也就是以設備的狀態為基礎，資源不會浪費在不需要維護的設備上，這個方案需要的資源最少，成本最低，人力資源的使用最有效，利用現場總線技術，在加上自診斷，可以連續監視因磨損、受力、極端的環境條件下和運轉次數等原因出現的“先導性指示”，在不需要人工收集和輸入數據的情況下，預測將要出現的故障。網絡化的設備管理比人工收集和輸入數據更快、更方便，而且在產生自診斷數據和該數據到達設備管理軟件之間沒有任何時間延遲。

2    現場總線的技術優勢

    2.1   豐富的信息資源和先進的自診斷功能

    傳統的現場儀表只能傳輸過程變量，即使是智能變送器傳遞的信息量也是有限的，而且傳輸的速度也比較慢，現場總線的出現使得變送器和閥門定位器不僅只是測量過程變量和執行控制命令的作用，它還能通過網絡采集儀表自身的其它信息，如：零點、量程、環境溫度、工作狀態等數據，傳統的現場變送器只有一個過程變量，帶HART功能的智能變送器可以傳遞60多項功能塊和數據包，而現場總線變送器可以傳遞多達160多個功能塊和數據包，如此海量的數據可以將現場的過程變量和設備的運行情況更多的反映給操作人員，而且為第三方廠商開發先進的自診斷軟件提供了可能。

    2.2   強大的設備維護和管理功能

    單純依靠現場總線設備還不能加強設備的維護功能和設備管理功能，現場總線設備只是傳遞信息，不能把現場總線技術的巨大潛力發揮出來。設備管理是一種以軟件為核心進行維護和校驗的途徑，為了充分發揮現場總線技術的優勢，必須確保診斷和管理軟件始終在現場級的網絡上。只要工廠在運行，它就能連續、在線的進行觀察和監視，可以在任何時候進行診斷、組態和讀取設備標識信息等工作，通過預先建立的數學模型和管理軟件對現場總線的信息進行歸攏、整理，使得以往需要人工出現的信息或一般人員無法閱讀的后臺信息都可以友好的顯示給操作人員，使操作和管理透明化。中海石油建滔化工有限公司60萬噸/年甲醇項目采用的是橫河公司的CENTUM CS3000現場總線控制系統，其中診斷和設備維護軟件采用的是工廠資源管理系統（PRM）。

    2.3   使操作更安全

    大家都知道在化工企業都有嚴格的安全區域劃分，如轉化爐附近和鍋爐附件可能有可燃氣體存在，一般劃分為ZONE O或ZONE 1，如果采用本質安全設計，則可以在現場帶電操作，如果采用隔爆設計，則現場則不能隨意打開變送器或接線箱，必須辦理相關票證，有時簡單的工作：如調整零點或量程只需要5分鐘的時間，但辦理相關票證卻要2個小時的時間，如果采用現場總線控制系統，可以直接在PRM上對儀表設備進行修改，而不需要到現場工作，可以使對儀表設備的檢修的安全要求批文的數量減到最少。

3 利用現場總線加強設備維護

    3.1 方便、快捷、安全的操作

    現場總線將控制功能放到現場級設備，使控制風險分散，但將操作功能和維護功能集中，利用現場總線的設備管理軟件（AMS）可以方便、快捷的對現場總線儀表進行操作和維護，例如橫河公司采用的工廠資源管理系統（PRM），可以在主控室或工程師站對現場所有的變送器（包括FF變送器和HART變送器）和閥門定位器進行操作。

    3.1.1 零點、量程校驗或變更
   
    對于傳統的變送器進行零點校準時通常都在現場進行，工作環境相對惡劣，而且需要工藝操作人員的配合，而對于現場總線儀表只需要在工廠資源管理系統在相應的變送器上點零點校準按鈕即可，由于現場總線儀表內的信息和PRM上是一一對應的關系，杜絕了由于維護人員粗心導致現場儀表位號找錯的可能。

    現場總線儀表對于量程的變更也非常方便，將需要修改的量程范圍在PRM上相應的變送器中直接修改下裝到變送器中即可，由于現場總線變送器的特點，不需要在修改量程后再重新校驗零點和量程，既減少了出錯的可能性，有提高的校驗的速度。

    由于現場總線變送器以及現場總線控制系統的優越性，在筆者公司項目建設中，所有的現場總線變送器（350臺）的校驗只用了2個儀表操作人員（其中1人操作PRM，1人查閱設計院的設計文件）2天就完成了所有的現場總線變送器的二次聯校的工作，而同等規模的其它項目則需要4個操作人員花15天的調校施加，通過運行的情況看，現場總線的調校效果也要好些。

    3.1.2 閥門定位器的自動校驗功能

    有現場操作經驗的工程師都知道，閥門定位器的調校最花費時間，而且調校精度也不是很高，現場總線閥門定位器可以在PRM上執行自動校驗，只需要在PRM上相應的閥門定位器的位號執行自動校驗程序即可，自動校驗會在各種開度進行自動的開關，特別是小開度時反復的校驗，而且現場總線閥門定位器的信號中同時帶有輸出命令信號和反饋信號，通過信號比較可以發現閥門的工作狀況，如果輸出命令和反饋信號的偏差超過2%，系統就會自動提示檢查機械連接或填料的預緊力等情況，通過自動校驗，閥門定位器可以感知儀表氣源的供氣壓力是否合適，如果不合適就會產生報警，而且根據閥門定位器的型號提示所采用閥門執行機構（如氣缸的尺寸、膜頭的大小）是否合適，并根據實際情況調整閥門定位器的噴嘴的大小，效驗非常方便，而且提高了閥門的控制精度。

    由于采用現場總線閥門定位器，在項目建設期間，安排了2個操作人員對所有的閥門執行自動效驗，1個星期完成了120多臺閥門的效驗并對效驗不合格的閥門進行了檢查和調整，而在同等規模的常規閥門的調校需要6個操作人員花15天的調校時間，現場總線閥門定位和PRM節約了大量的調試時間。

    3.1.3 先進的自診斷功能

    現場總線設備（包括現場總線變送器和現場總線閥門定位器）都有自診斷功能，它可以提示制造廠商在故障模式下的經驗，利用附加的傳感器、其它的電子線路以及自診斷固件算法進行故障檢測，現場總線變送器和閥門定位器還可以檢測外部傳感器的故障，如熱電偶的故障，接線故障等，也可以報告環境條件，是否超過了運行極限的環境溫度。操作人員在PRM上可以方便的發現報警和故障提示出現，并顯示廠商提示的可能出現故障的原因，利用系統提示的信息可以加快對設備故障的判斷、確認，從而使修復更容易，及時的修復可以避免不必要的停車。

    例如在轉化爐頂部由于溫度較高，安裝在轉化爐頂的現場總線變送器廠商資料要求環境溫度不能超過100℃，筆者在PRM中做了80℃的報警設定，經過一段時間的運行發現一直在報警，就采取了防輻射措施，使得變送器環境溫度降低，減少了可能由于環境溫度導致變送器的損壞，引起不必要的停車，這就是現場總線前瞻性維修功能典型體現。

圖2   現場總線網段信號傳遞波形圖